採用外加電壓法提升催化劑原位催化活性的方法
2023-06-17 01:36:16
採用外加電壓法提升催化劑原位催化活性的方法
【專利摘要】本發明涉及催化降解技術，旨在提供一種採用外加電壓法提升催化劑原位催化活性的方法。該方法是在催化劑載體上鍍上具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑；將催化劑和銅電極分別接至電源的正負極，調整直流穩壓電源使形成向外輻射的電場；通過外加直流電壓的方式，使導體催化劑或半導體催化劑帶負電，對焚燒爐尾氣氣相中的有機汙染物進行催化降解。本發明能夠解決催化劑易受SO2、Cl-等影響而導致催化活性降低的問題，提高催化劑的穩定性和實時活性。本發明旨在反應器內部形成電場，因此加入反應系統的電流為零，即沒有造成額外的能耗。
【專利說明】採用外加電壓法提升催化劑原位催化活性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及催化降解技術，特別是涉及一種外加直流電壓法提升催化劑原位催化活性的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，環境立法對大氣排放水平進行了嚴格的限制，尤其是對氯代易揮發性有機物(Cl-VOC)的排放控制。許多技術得到應用來解決氯代揮發性有機物產生的環境問題，包括催化降解技術、生物處理技術、吸附技術以及等離子體技術等。其中，吸附技術只能實現汙染物的轉移，常作為一種預處理手段與其它技術聯合使用。催化降解技術因能徹底降解汙染物，得到C02、H20、HC1等無汙染產物而成為最有前景的技術之一。催化降解技術應用的催化劑主要有貴重金屬(Pt，Pb，Rh等)、鈣鈦礦和過渡金屬氧化物。但是，目前催化降解技術研究及應用的催化劑普遍存在嚴重地失活現象，鈉、鉀等鹼性金屬、飛灰、SO2, Cl-等都是導致催化劑失活的原因。研究者用HN03、H2S04、NH4Cl等不同溶液來進行商用SCR催化劑再生的研究，這些溶液可以改善使用過的催化劑的孔性質，增大比表面積，並能溶解、促進部分團簇活性成分在載體表面的重新分散，從而一定程度上恢復催化劑的活性。也有學者發現，結焦失活的釩摻雜鈦混合氧化物催化劑在反應溫度下，通過向反應器通空氣(或CO2)可以部分恢復催化劑的活性。但是，催化劑再生研究只能部分恢復催化劑活性，且只是在催化劑失活後對催化劑進行處理，不能保證催化劑的實時活性。此外，催化劑的拆卸重裝也造成了一定的人力和物力浪費。因此，提高催化劑穩定性以保持催化劑的實時活性十分必要。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是，克服現有的技術中的不足，提供一種採用外加電壓法提升催化劑原位催化活性的方法。
[0004]為解決技術問題，本發明的解決方案是:
[0005]提供一種採用外加電壓法提升催化劑原位催化活性的方法，包括以下步驟:
[0006](I)以金屬管作為負電極，以長條形的銅電極作為正電極，銅電極位於金屬管的軸線上；在金屬管的內表面鍍有一層具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑；或，
[0007]以至少兩塊金屬板作為負電極，以長條形的銅電極作為正電極，銅電極位於對向設置的金屬板的中間位置且與金屬板平行；在兩塊金屬板相對的表面分別鍍有一層具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑；
[0008](2)將直流穩壓電源的導線分別接至所述正電極和負電極，在0-1000V的工作電壓範圍內調整直流穩壓電源，使正電極和負電極之間形成與正電極長度方向相互垂直的向外福射的電場；
[0009](3)將焚燒爐尾氣處理裝置排出的尾氣引入所述電場，使尾氣在電場中的流動方向與正電極長度方向保持一致；通過外加直流電壓的方式，使導體催化劑或半導體催化劑帶負電，對氣相中的有機汙染物進行催化降解。[0010]本發明中，所述具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑是:Mn0x/Ti02-納米碳管、V0x/Ti02、V0x-W0x/Ti02 或 V0x_Mo0x/Ti02 中的任意一種。
[0011]本發明中，所述正電極和負電極的布置方式是下述方案中的任意一種:
[0012]A、圓管式反應器的主體為金屬管，將其作為負電極；作為正電極的銅電極固定於反應器的軸線上，金屬管與銅電極之間保持絕緣；圓管式反應器與焚燒爐尾氣處理裝置的排出管道相接；
[0013]B、將至少兩塊金屬板對向固定在弧形槽上後放入煙氣管道中，以金屬板作為負電極；將作為正電極的銅電極固定在煙氣管道的中軸線上，金屬板與銅電極之間保持絕緣，其組合方式作為反應器單體；在煙氣管道內設置若干組平行排列陣列分布於煙氣管道中，排列方向與被處理氣體來流方向一致；
[0014]C、以截面為正方形的金屬管作為負電極，將作為正電極的銅電極固定在金屬管的中軸線上，金屬管與銅電極之間保持絕緣，其組合方式作為反應器單體；在煙氣管道內設置若干組平行排列陣列分布於煙氣管道中，排列方向與被處理氣體來流方向一致。
[0015]本發明中，所述金屬管或金屬板的材質是鋁。
[0016]本發明的實現原理是:
[0017]通過外加直流電壓的方式，使複合催化劑帶負電，利用「同性相斥」原理，削弱反應過程中產生的帶負電的離子(如CD與複合催化劑之間的相互作用，從而離開負極上的複合催化劑。一方面可緩解催化劑中毒現象，實現複合催化劑的再生；另一方面，導致具有強氧化性的02_和.0H等自由基團進入空間，增加二噁英分子與02_和.0Η等強氧化性基團在反應器空間內的碰撞機率，提高二噁英降解效率。此外，外加電壓可以提高活性金屬在催化劑表面的分散度，促進催化劑薄膜表面電子的定向移動，從而提高催化劑的活性。
[0018]與現有技術相比，本發明的有益效果在於:
[0019]1、本發明能夠解決催化劑易受S02、CF等影響而導致催化活性降低的問題，提高催化劑的穩定性和實時活性。
[0020]2、本發明旨在反應器內部形成電場，因此加入反應系統的電流為零，即沒有造成額外的能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是具體實施例1中的圓管式反應器結構示意圖。
[0022]圖2是具體實施例2的結構示意圖。
[0023]圖3是具體實施例3的結構示意圖。
[0024]圖中附圖標記:1_進氣管，2-銅電極，3-聚四氟乙烯塞，4-聚四氟乙烯套，5-管式反應器，6-石英窗，7-負電極，8-出氣管；21-煙氣管道，22-鋁板，23-銅電極，24-弧形槽；31-煙氣管道，32-鋁管，33-銅電極。
【具體實施方式】
[0025]採用外加電壓法提升催化劑原位催化活性的方法，包括以下步驟:
[0026](I)以金屬管作為負電極，以長條形的銅電極作為正電極，銅電極位於金屬管的軸線上；在金屬管的內表面鍍有一層具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑；或，[0027]以至少兩塊金屬板作為負電極，以長條形的銅電極作為正電極，銅電極位於對向設置的金屬板的中間位置且與金屬板平行；在兩塊金屬板相對的表面分別鍍有一層具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑；
[0028](2)將直流穩壓電源的導線分別接至所述正電極和負電極，在0-1000V的工作電壓範圍內調整直流穩壓電源，使正電極和負電極之間形成與正電極長度方向相互垂直的向外福射的電場；
[0029](3)將焚燒爐尾氣處理裝置排出的尾氣引入所述電場，使尾氣在電場中的流動方向與正電極長度方向保持一致；通過外加直流電壓的方式，使導體催化劑或半導體催化劑帶負電，對氣相中的有機汙染物進行催化降解。
[0030]本發明所述具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑，可使用溶膠凝膠法製備的Mn0x/Ti02-納米碳管催化劑。還可以選擇V0x/Ti02催化劑、V0x-ff0x/Ti02催化劑、￥(^-110(^/1102等，均為商業化產品，可自由購買。例如，V0x-W0x/Ti02催化劑可選用三龍催化劑有限公司的產品。當然，使用者也可根據需要進行自製，其製備方法因屬催化劑製備領域常規手段，不屬於本發明所涉內容，故不再贅述。
[0031]實施例1:
[0032]在煙氣中有機汙染物處理裝置中設置外加電壓催化反應器，反應器主體為鋁製圓管式反應器5，其中軸線位置安裝有銅電極2，接直流穩壓電源正極，電源負極與負電極7相接。反應器的內表面均勻鍍有催化劑。調整電源電壓為工作電壓。催化劑可以吸附降解氣相有機汙染物，並且由於外加電壓的存在，催化劑能夠保持較高的實時活性。在本實施例中，外加直流電壓後，有 機汙染物的脫除效率可提聞超過10%,催化劑活性提聞20%ο
[0033]實施例2:
[0034]將內側均勻鍍有催化劑的兩塊或多塊鋁板22固定在弧形槽24上，放入相應方形煙氣管道21中，將銅電極23固定在煙氣管道21中軸線上，煙氣管道21與銅電極23保持絕緣狀態。由鋁板22引出的反應器負極與電源負極相接，電源正極與銅電極23相接。將此鋁板22和銅電極23作為反應器單體，在處理煙道內組成若干種可變平行排列陣列分布於煙氣管道中，與被處理氣體來流方向一致。應用該反應器，進行煙氣中有機汙染物處理，有機汙染物的脫除效率可提聞25%,催化劑活性提聞38%ο
[0035]實施例3:
[0036]將內側均勻鍍有催化劑的截面為正方形的鋁管32，將銅電極33固定在鋁管32中間，保持鋁管32與銅電極33絕緣。由鋁管32引出的負極與電源負極相接，電源正極與銅電極33相接。將此鋁管32和銅電極33作為反應器單體，在煙氣管道31內組成若干種可變平行排列陣列分布於煙氣管道31中，與被處理氣體來流方向一致。在本實施例中，有機汙染物的脫除效率可提高30-60%，催化劑活性提高52-85%，改善效果顯著。
[0037]實現過程的示例:
[0038](I)用超聲波清洗機清洗金屬管或金屬板，晾乾，防止附著在表面的灰塵等雜物對催化劑鍍膜產生影響；
[0039](2)將催化劑均勻鍍在金屬管或金屬板表面(可使用鋁製薄板、鋁管或其他金屬板材或管材);
[0040](3)將金屬管或金屬板、銅電極要求安裝到位，銅電極與裝置中軸線重合，並保證銅電極與金屬管或金屬板絕緣；
[0041](4)將直流穩壓電源正、負極分別接正、負電極上，並在工作電壓(0-1000V)範圍內對直流穩壓電源進行調整；
[0042](5)將反應器接入煙氣處理系統中，對氣相有機汙染物進行催化降解。
[0043]最後，還需要主意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。本發明不限於以上實施例，還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.採用外加電壓法提升催化劑原位催化活性的方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)以金屬管作為負電極，以長條形的銅電極作為正電極，銅電極位於金屬管的軸線上；在金屬管的內表面鍍有一層具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑；或， 以至少兩塊金屬板作為負電極，以長條形的銅電極作為正電極，銅電極位於對向設置的金屬板的中間位置且與金屬板平行；在兩塊金屬板相對的表面分別鍍有一層具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑； (2)將直流穩壓電源的導線分別接至所述正電極和負電極，在O-1OOOV的工作電壓範圍內調整直流穩壓電源，使正電極和負電極之間形成與正電極長度方向相互垂直的向外輻射的電場； (3)將焚燒爐尾氣處理裝置排出的尾氣引入所述電場，使尾氣在電場中的流動方向與正電極長度方向保持一致；通過外加直流電壓的方式，使導體催化劑或半導體催化劑帶負電，對氣相中的有機汙染物進行催化降解。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述具備導電能力的導體催化劑或半導體催化劑是:Mn0x/Ti02-納米碳管、V0x/Ti02、V0x-ff0x/Ti02 或 V0x_Mo0x/Ti02 中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述正電極和負電極的布置方式是下述方案中的任意一種: A、圓管式反應器的主體為金屬管，將其作為負電極；作為正電極的銅電極固定於反應器的軸線上，金屬管與銅電極之間保持絕緣；圓管式反應器與焚燒爐尾氣處理裝置的排出管道相接； B、將至少兩塊金屬板對向固定在弧形槽上後放入煙氣管道中，以金屬板作為負電極；將作為正電極的銅電極固定在煙氣管道的中軸線上，金屬板與銅電極之間保持絕緣，其組合方式作為反應器單體；在煙氣管道內設置若干組平行排列陣列分布於煙氣管道中，排列方向與被處理氣體來流方向一致； C、以截面為正方形的金屬管作為負電極，將作為正電極的銅電極固定在金屬管的中軸線上，金屬管與銅電極之間保持絕緣，其組合方式作為反應器單體；在煙氣管道內設置若干組平行排列陣列分布於煙氣管道中，排列方向與被處理氣體來流方向一致。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述金屬管或金屬板的材質是鋁。
【文檔編號】B01J38/00GK103599697SQ201310534283
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】陸勝勇, 倪明江, 嚴建華, 杜翠翠, 李曉東, 池湧, 岑可法 申請人:浙江大學